【正文】 is the most important prerequisite for the design PLC control system, which is designed to the most important principle. This design is easier to achieve braking control of the stepper motor. Its main contents are as follows: An understanding of PLC control the working principle of the stepper motor 2 grasp the PLC hardware structure, the pletion hardware selection 3 Design of PLC control system 4 plete PLC programming with STEP 7 Key words: Stepper motor。 本設(shè)計(jì)是利用 PLC 做進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制核心，用按鈕開關(guān)的通斷來實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)正 ,反轉(zhuǎn)控制，而且正，反轉(zhuǎn)切換無須經(jīng)過停車步驟。 掌握西門子 S7200 PLC 的原理與程序設(shè)計(jì)方法。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。全套設(shè)計(jì)（ 圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 編號(hào) 無錫 太湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目： 基于 S7200PLC 步進(jìn)電機(jī)調(diào)速控制 — 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 信機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè) 學(xué) 號(hào)： 0923127 學(xué)生姓名： 肖 超 指導(dǎo)教師： 宋廣雷 （職稱 ： 副教授 ） 2020 年 5 月 25 日全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 無錫 太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 S7200PLC步進(jìn)電 機(jī)調(diào)速控制 — 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可編程邏輯控制器的功能不斷擴(kuò)展和完善，其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了邏輯控制的范圍，具有了 PID、 A/D、 D/A、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)字量智能控制、監(jiān)控、通信聯(lián)網(wǎng)等多方面的功能，它已變成了實(shí)際意義上的一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。 掌握步進(jìn)電機(jī)的電氣控制試驗(yàn)系統(tǒng)的工作原理。其次可以通過對(duì)按鈕的控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)高，低速度的控制。 PLC control。 PLC 作為簡(jiǎn)單化的計(jì)算機(jī)，以其可靠性高、通用性強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單易學(xué)、指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單、體積小、維修工作少、現(xiàn)場(chǎng)接口安裝方便、易于掌握等優(yōu)點(diǎn)，在全世界廣泛應(yīng)用，為生產(chǎn)生活帶來 巨大效益方便。 國內(nèi)外 PLC的發(fā)展 PLC 又稱可編程序控制器 PC，是微機(jī)技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相接合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機(jī)控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計(jì)算機(jī) [1]。 PLC 自產(chǎn)生至今只有 30 多年的歷史，卻得到了廣泛應(yīng)用 和 迅速發(fā)展，成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。它不僅充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)來滿足各種領(lǐng)域的控制需求，同時(shí)也照顧到現(xiàn)場(chǎng)操作技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，擯棄了微機(jī)常用的計(jì)算機(jī)編程語言的表達(dá)形式，獨(dú)具風(fēng)格地形成一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的 模塊化的軟件結(jié)構(gòu)和形象編程語言，使用戶程序的編制方便易學(xué)、清晰直觀，查錯(cuò)和調(diào)試都很容易?？删幊绦蚩刂破?PLC 在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制中是最值得重視的先進(jìn)控制技術(shù)。產(chǎn)量產(chǎn)值大幅上升但價(jià)格卻不斷的下降。如寶鋼一、二期工程就引進(jìn)了 500 多套，還有秦皇島煤碼頭、汽車廠、咸陽顯像管廠等。為適應(yīng)這些要求，發(fā)展了一系列新的具備控制功能的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中都有自己特點(diǎn)，且應(yīng)用十分廣泛的一類便是步進(jìn)電動(dòng)機(jī) [2]。任何一種產(chǎn)品成型的過程，基本上都是規(guī)格品種逐步統(tǒng)一和簡(jiǎn)化的過程。／ 176?，F(xiàn)在日本步進(jìn)電動(dòng)機(jī)年產(chǎn)量（含國外獨(dú)資公司）近 2 億臺(tái)，德國也是世界上步進(jìn)電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)大國。將三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)同二相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行比較后得 出： （ 1） 在獲得小步距角方面，三相電動(dòng)機(jī)比二相電動(dòng)機(jī)要好。 （ 5） 三相電動(dòng)機(jī)繞組可以星形連接，三個(gè)終端驅(qū)動(dòng)，勵(lì)磁電路晶體管 6 個(gè)； 而二相電動(dòng)機(jī)是 8 個(gè)。 我國步進(jìn)電機(jī)的研究及制造起始于本世紀(jì) 50 年代后期。除反映 在驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)方面的長足進(jìn)步外，對(duì)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)本體的設(shè)計(jì)研究發(fā)展到一個(gè)較高水平。 這種現(xiàn)狀對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展是不利的 [4]。 在經(jīng)歷了一個(gè)大的發(fā)展階段后，目前其發(fā)展趨于平緩。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行是在專用的脈沖電源供電下進(jìn)行的，其轉(zhuǎn)子的角位移量，或者說轉(zhuǎn)子走過的步數(shù)，與輸入脈沖數(shù)成正比。由上述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)，使得由它和驅(qū)動(dòng)控制器組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既具有較良好的控制性能，高的控制精度，又能可靠穩(wěn)定地工作。 按使用頻率分為高頻步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和低頻步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。步距角小，成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、但效率低、動(dòng)態(tài)性能差、發(fā)熱大，可靠性難 以 保證。）。最受歡迎的是兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，約占 97%以上的市場(chǎng)份額，其原因是性價(jià)比高，配上細(xì)分驅(qū)動(dòng)器后效果良好。/微步）。電機(jī)生產(chǎn)時(shí)給出了一個(gè)步距角，這個(gè)步距角可稱之為“電機(jī)固有步距角”，它不一定是實(shí)際工作時(shí)的真正步距角，真正步距角與驅(qū)動(dòng)器有關(guān)。例如，當(dāng)人們說 4Nm 的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為 4Nm 的步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)不同，其步距角也會(huì)不同，一般二相電機(jī)的步距角為 176。、五相的為 176。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，則步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)就變得毫無意義，用戶只要在驅(qū)動(dòng)器上更改細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角 [7]。 （ 3）由驅(qū)動(dòng)電路與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常非?？煽俊⒘畠r(jià)又簡(jiǎn)單。 （ 6）步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速不受負(fù)載大小的影響，不像普通電機(jī)，當(dāng)負(fù)載加大時(shí)就會(huì)出現(xiàn)速度下降的情況，所以步進(jìn)電機(jī)使用在對(duì)速度和位置都有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合。 步進(jìn)電機(jī)在工業(yè)中的應(yīng)用 步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，由于步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量與輸入脈沖個(gè)數(shù)成正比，其速度與單位時(shí)間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)成正比，其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進(jìn)電機(jī)的各相繞組的相序有關(guān)。另外步進(jìn)電機(jī)也廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中。 （ 2） 功能性強(qiáng)，適 用 面廣。 （ 3） 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。 PLC 的輸入、 輸出電路一般用光電耦合器來傳遞信號(hào)，使外部電路與 CPU 之間無電路聯(lián)系， 有效地抑制了外部干擾源對(duì) PLC 的影響，同時(shí)，還可防止外部高電壓竄入 CPU 模塊。 （ 4） 編程方法簡(jiǎn)單，容易掌握。 PLC 用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的計(jì)數(shù)器等部件、時(shí)間繼電器、中間繼電器，控制柜的設(shè)計(jì)、安裝接線工作量大為減少。 （ 6） 質(zhì)量小、體積小、功耗低，由于 PLC 是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制設(shè)備的新型產(chǎn)品，因而結(jié)構(gòu)緊湊，堅(jiān)固，體積小，質(zhì)量小，功耗低，而且具有很好的抗震性和適應(yīng)環(huán)境溫度、濕度變化的能力。繼續(xù)沿著小型化的方向發(fā)展。向五相和三相電動(dòng)機(jī)方向發(fā)展，目前廣泛應(yīng)用的二相和四相電動(dòng)機(jī)，其振動(dòng)和噪聲較大，而五相和三相電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)勢(shì)性。 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件，每當(dāng)對(duì)其施加一個(gè)電脈沖時(shí)，其輸出軸便轉(zhuǎn)過一個(gè)固定的角度。并且， PLC 有采用大功率晶體管的輸出端口，能夠滿足步進(jìn)電機(jī)各相繞組數(shù) 10V 級(jí)脈沖電壓、 1A 級(jí)脈沖電流的驅(qū)動(dòng)要求。 控制步進(jìn)電機(jī)的速度 每次給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)動(dòng)一步。三相步進(jìn)電機(jī)可采用三種工作方式：三相單三拍，三相雙三拍，三相單六拍。而且，電機(jī)是三拍的工作方式時(shí)，其分辨率為 3 度，六拍的工作方式時(shí)，分辨率是 度。定子鐵芯由電工鋼片疊壓而成。 , 轉(zhuǎn)子上沒有繞組 , 只有均勻分布的個(gè) 40 小齒 , 齒槽也是等寬的 , 齒間夾角也是 , 與磁極上 的小齒一致。若 A 相斷電 , B 相通電 , 由于磁力的作用 , 轉(zhuǎn)子的齒與定子 BB 上的齒對(duì)齊 , 轉(zhuǎn)子沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)過 3176。并使用 PLC 產(chǎn)生各種時(shí)序的脈沖。然而，其基本原理是不變的，即：是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件，每當(dāng)對(duì)其施加一個(gè)電脈沖時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)過一個(gè)固定的角度。 步進(jìn)電機(jī)的控制和驅(qū)動(dòng)方法很多，按照使用的控制裝置來分可以分為 :普通集成工業(yè)控制機(jī)控制電路控制、可編程控制器控制、單片機(jī)控制等幾種；按 照控制結(jié)構(gòu)可分為 :硬脈沖生成器硬脈沖分配結(jié)構(gòu) (硬 硬結(jié)構(gòu) )、軟脈沖生成器軟脈沖分配器結(jié)構(gòu) (軟 軟結(jié)構(gòu) )、軟脈沖生成器硬脈沖分配器結(jié)構(gòu) (軟 硬結(jié)構(gòu) ) [11]。用工業(yè)控制機(jī)、單片機(jī)、可編程序控制器控制步進(jìn)電機(jī)、普通個(gè)人計(jì)算機(jī)一般均可采用這種結(jié)構(gòu)。這種控制驅(qū)動(dòng)方法電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能，同時(shí)占用 CPU 時(shí)間較少，用可編程控制器全部實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)器和控制器的功能。 本設(shè)計(jì)選用西門子 S7200 PLC 通過控制驅(qū)動(dòng)器來控制步進(jìn)電機(jī)。 西門子最早的小型 PLC 產(chǎn)品是在上世紀(jì) 末推出的 S7200CPU21*系列的 PLC，但很快就被 CPY22*系列的產(chǎn)品所取代了。 從 CPU 模塊的功能來看， SIMATIC S7200 系列小型 PLC 發(fā)展至今，大致經(jīng)歷了兩代： 第一代產(chǎn)品，其 CPU 模塊為 CPU 21X，主機(jī)都可進(jìn)行擴(kuò)展，它具有四種不同配置的 CPU單元： CPU 212， CPU 214， CPU 215 和 CPU 216，本書不介紹該產(chǎn)品。 CPU 22X 系列具有不同的技術(shù)性能，使用于不同要求的控制系統(tǒng)： CPU 221：用戶程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量較小，有一定的高速計(jì)數(shù)處理能力，適合用于點(diǎn)數(shù)少的控制系統(tǒng)。 CPU226XM：它是西門子公司推出的一款增強(qiáng)型主機(jī)，主要在用戶程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量上進(jìn)行了擴(kuò)展，其他指標(biāo)和 CPU 226 相同。它由 CPU、存儲(chǔ)器、基本輸入 /輸出點(diǎn)和電源等組成，是 PLC 的主要部分。根據(jù) I/O 點(diǎn)數(shù)不同、性質(zhì)不同、供電電壓不同， I/O擴(kuò)展模塊有多種類型。 相關(guān)設(shè)備：相關(guān)設(shè)備是為充分和方便利用系統(tǒng)的硬件和軟件資源而開發(fā)、使用的一些設(shè)備，主要有人機(jī)操作界面、編程設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。為了把這種元器件和傳統(tǒng)電氣控制電路中的繼電器區(qū)別開來，把它們成為軟元件或者軟繼電器。該型號(hào)的步矩角為 。規(guī)格： D 為 75mm； D1 為 31mm； 高 H 為 2mm； d 為 8mm； E 為 18mm； L 為 60mm； D2 為 68mm； MS 為 4M3。 圖 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖 在定子磁極和轉(zhuǎn)子上都開有齒分度相同的小齒，采用適當(dāng)?shù)凝X數(shù)配合，當(dāng) A 相磁極的小齒與轉(zhuǎn)子小齒一一對(duì)應(yīng)時(shí)， B 相磁極的小齒與轉(zhuǎn)子小齒相互錯(cuò)開 1/3 齒距， C 相則錯(cuò)開2/3 齒距。驅(qū)動(dòng)器的作用是對(duì)控制脈沖進(jìn)行功率放大、環(huán)形分配，使步進(jìn)電機(jī)繞組按一定順序通電，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) [14]。另外， SMD340C 還具有許多非同尋常的特性，能充分控制電機(jī)系統(tǒng)的電機(jī)械性能，以獲得最大工作效率 。在圖中三極管 T1 起開關(guān)作用。當(dāng)控制輸入信號(hào)為低電平時(shí)， T1 截止，輸出高電平，則紅外發(fā)光二極管截止，光敏三極管不導(dǎo)通，因此繞組中無電流流過；當(dāng)輸入信號(hào)為高電平時(shí)， T1 飽和導(dǎo)通， 于是紅外發(fā)光二極管被點(diǎn)亮， 使光敏三極管導(dǎo)通，向功率驅(qū)動(dòng)級(jí)晶體管提供基極電流， 使其導(dǎo)通，繞組被通以電流。為此要求線路設(shè)置必要的聯(lián)鎖環(huán)節(jié)，如圖 所示。一是在此應(yīng)用的 PLC最好是具有實(shí)時(shí)刷新技術(shù)的 PLC，使輸出信號(hào)的頻率可以達(dá)到數(shù)千赫芝或更高。每當(dāng)步進(jìn)電機(jī)走一步，環(huán)形脈沖分配程序的步數(shù)減一，當(dāng)步數(shù)減為零時(shí)，停止環(huán)形脈沖分配，等待下一次的脈沖輸入。STEP 7Micro/WIN 編程軟件為用戶開發(fā)、編輯和監(jiān)控自己的應(yīng)用程序提供了良好的編程環(huán) 境。它的基本功能是協(xié)助用戶完成應(yīng)用軟件的開發(fā)，其主要實(shí)現(xiàn)以下功能。 （ 3）在編輯程序的過程中進(jìn)行語法檢查，可以避免一些語法錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)類型方面的錯(cuò)誤。 運(yùn)動(dòng)控制 S7200 提供有開環(huán)運(yùn)動(dòng)控制的三種方式： 脈寬調(diào)制（ PWM)—— 內(nèi)置于 S7200，用于速度、位置或占空比控制。該向?qū)Э梢陨晌豢刂噶?，用戶可以? 這些指令在應(yīng)用程序中對(duì)速度和位置進(jìn)行動(dòng) 態(tài)控制。 STEP 7Micro/WIN 提供一個(gè)調(diào)制解調(diào)擴(kuò)展向?qū)?，它可以幫助用戶設(shè)置一個(gè)遠(yuǎn)端的調(diào)制解調(diào) 器，或者設(shè)置將 S7200 連 向遠(yuǎn)端設(shè)備的調(diào)制解調(diào)模塊。當(dāng)用戶選擇一個(gè) USS
。通過 USS 指令，用戶可以控制這 個(gè)物理驅(qū)動(dòng)，并讀 /寫驅(qū)動(dòng)參數(shù)。 創(chuàng)建調(diào)制解調(diào)模塊程序 使用 EM241調(diào)制解調(diào)模塊可以將 S7200直接連到一個(gè)模擬電話線上，并且支持 S7200全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 與 STEP 7Micro/WIN 的通訊。 EM253 位控模塊一用于速度和位置控制的附加模塊。 （ 4）對(duì)用戶程序進(jìn)行文檔管理